Użyteczność tomografii komputerowej i rezonansu magnetycznego w psychiatrii

są zmiany objętości poszczególnych struktur mózgowia, jednak nie określono ściślejszych kryteriów diagnostycznych. ¹

Przyczyną trudności w ocenie wolumetrycznej VBM (Voxel based morphometry) jest po części niedostateczna rozdzielczość obrazu możliwa do uzyskania przy zastosowaniu najszerzej używanych obecnie skanerów MR o natężeniu pola 1.5T oraz brak oprogramowania pozwalającego na wiarygodny pomiar objętości poszczególnych struktur mózgowia, ograniczające wpływ na ostateczny wynik oceny subiektywnej i wad akwizycji. Istotny postęp na tym polu powoduje wprowadzenie skanerów MR o natężeniu pola 3T, co zapewnia rozdzielczość obrazu na poziomie 0,7 × 0,7 × 1,3 mm (w skanerach 1.5T woksel ma wymiary około 1.5 mm³).

Co oczywiste, większa rozdzielczość przestrzenna poprawia skuteczność informatycznych algorytmów obliczeniowych w ocenie wolumetrycznej. W publikowanych analizach dowiedziono, że zmniejszenie grubości warstwy korowej jest najwyraźniejsze w płatach czołowych i skroniowych i wynosi u chorych na schizofrenię czy ADHD około 5-7 proc., a więc zmiany te są na tyle dyskretne, że przydatność pomiarów wolumetrycznych w codziennej praktyce jest ograniczona, choć pozwalają one na prawidłowe sklasyfikowanie zdrowych i chorych w 60-74 proc. ² W schizofrenii stwierdzano również zmniejszenie objętości hipokampa i ciała migdałowatego oraz poszerzenie komór, zmniejszenie objętości podwzgórza i powiększenie jąder podstawy. Zmiany te owocują ogólnym zmniejszeniem objętości mózgu. ^{3, 4} Także w depresji wieloepizodowej stwierdzono redukcję objętości hipokampa. ⁵ W jadłowstręcie z kolei obserwowano izolowane poszerzenie układu komorowego lub zmiany korowo-podkorowe jako wynik ogólnej redukcji masy mózgu, zwłaszcza kory mózgowej (pseudoatrofia podkorowa lub korowo-podkorowa). ⁶ Zaletą obrazowania metodą rezonansu magnetycznego poza obrazami morfologicznymi o wysokim kontraście tkankowym jest możliwość zastosowania dodatkowych technik pozwalających na wnioskowanie funkcjonalne. Jest to obrazowanie dyfuzyjne (DMR) i ocena transferu magnetyzacji, spektroskopia protonowa (1H MRS) i rezonans czynnościowy oparty o efekt BOLD (fMRI).

Dyfuzja MR (DMR – diffusion-weighted MR)

Dyfuzja magnetycznego rezonansu jest techniką umożliwiającą uzyskiwanie obrazów naturalnej dyfuzji protonów w obrębie badanej warstwy. Stało się to możliwe dzięki wprowadzeniu systemów MR mających wysokie gradienty pola magnetycznego. Właściwości fizykochemiczne tkanki, takie jak lepkość, zawartość makromolekuł, błon komórkowych i organelli komórkowych, a zwłaszcza energia termiczna, wpływają na dyfuzję w ich obrębie. W praktyce zastosowanie znalazło obrazowanie dyfuzji:

1. izotropowej,

2. anizotropowej.

Pierwsza zachodzi w obrębie tkanek o w miarę homogennej strukturze, w których ruchy protonów są zbliżone we wszystkich kierunkach. Druga – w tkankach o budowie złożonej, przykładowo w istocie białej mózgu; odbywa się głównie wzdłuż włókien istoty białej – cząsteczki swobodnie przemieszczają się w tym kierunku, w poprzek włókien przemieszczanie jest utrudnione. Dyfuzja w obrębie istoty szarej jest równomiernie ograniczona we wszystkich kierunkach przez sieć wypustek neurocytów. ³

Ponieważ struktury, wzdłuż których zachodzi dyfuzja anizotropowa zazwyczaj przebiegają krzywoliniowo i tylko na krótkich odcinkach są równoległe do płaszczyzn przyłożenia gradientów magnetycznych, standardowe sekwencje dyfuzyjne oparte na trójpłaszczyznowych gradientach i mapy ADC określające współczynnik dyfuzji (apparent diffusion coefficient) nie dostarczają obrazów dostatecznej jakości diagnostycznej. Wartościowe obrazowanie tkanek heterogenicznych (istoty białej) przeprowadzane jest przy użyciu co najmniej sześciu różnokierunkowych gradientów (diffusion tensor imaging, diffusion trace imaging).

Na obrazy te wpływają różnice w ułożeniu włókien, ich grubość czy wreszcie stopień mielinizacji. Używając kolejnych sekwencji o różnej czułości w stosunku do ruchów dyfuzyjnych, można wygenerować mapę obrazową, w której poszczególne woksele odzwierciedlają współczynnik dyfuzji (ADC). Współczynnik dyfuzji odzwierciedla ruchomość frakcji tzw. wolnej wody, włączając w to wodę wewnątrz- i zewnątrzkomórkową. Stosując jakąkolwiek sekwencję dyfuzyjną, uzyskujemy wynik będący wypadkową dyfuzji charakterystycznej dla danej tkanki oraz efektu T2.

Stosując dwie sekwencje, słabo i znacznie zależną od zjawiska dyfuzji, można policzyć współczynnik dyfuzji na podstawie odejmowania (subtrakcji) wartości dla danych wokseli, a tym samym uzyskując mapę ilustrującą wyłącznie obraz dyfuzyjny, z wyłączeniem efektu T2. W obrazowaniu echoplanarnym stworzenie wiarygodnej mapy ADC wymaga wykonania co najmniej dwóch sekwencji z użyciem różnej czułości dyfuzyjnej, a każda z nich powinna się składać z co najmniej trzech akwizycji wzdłuż trzech prostopadłych kierunków (ADCx, ADCy, ADCz).

Wadą obrazowania echoplanarnego jest stosunkowo niewielka rozdzielczość w porównaniu ze standardowym obrazowaniem T2-zależnym. ³ Ważna jest też jego znaczna wrażliwość na artefakty ruchowe i artefakty związane z lokalnymi niejednorodnościami pola magnetycznego. Widoczne jest to zwłaszcza w okolicy podstawy czaszki, gdzie wywołuje je granica tkanka-powietrze w zatokach obocznych nosa i komórkach wyrostków sutkowatych. Zniekształceniami dotknięte są więc szczególnie podstawy płatów czołowych i skroniowych. W redukcji artefaktów zastosowanie znajduje bramkowanie EKG, które zmniejsza wpływ naturalnego pulsowania naczyń czy płynu mózgowo-rdzeniowego. DMR znajduje zastosowanie w badaniach:

• niedokrwienia, zwłaszcza udaru niedokrwiennego,
• chorób demielinizacyjnych,
• procesów rozrostowych.

Najważniejsze zastosowania w praktyce klinicznej to:

• ocena ostrej fazy udaru, gdyż dyfuzja cząsteczkowa ulega obniżeniu w obszarach niedokrwionych już w ciągu kilkudziesięciu minut od zamknięcia naczynia (fot. 1A),
• rozpoznanie stwardnienia rozsianego, zapaleń mózgu, choroby Creutzfeldta-Jakoba, jak i w neuroonkologii, jako monitorowanie laserowej terapii guzów,
• w psychiatrii – ocena objętości istoty białej; spadek ilości włókien nerwowych jest odnotowywany w schizofrenii i zaburzeniach nastroju. ²

  

Najbardziej interesujące jest połączenie map czynnościowych uzyskiwanych w badaniach fMRI (o czym poniżej) i map dyfuzyjnych, gdzie pierwsza z metod umożliwia lokalizację ośrodków korowych, a druga dróg nerwowych w tej okolicy (fot. 1B,C).

Obrazowanie MR opiera się na redukcji sygnału w wyniku transferu magnetyzacji pomiędzy pulą wysaturowanych protonów związanych z makrocząstęczkami a atomami wolnej wody. Proces ten może być oceniony ilościowo poprzez określenie współczynnika transferu magnetyzacji (MTR) i jest uznany jako wskaźnik integralności aksonów i mieliny (fot. 2). Obrazowanie to służy pośrednio do oceny integralności struktur istoty białej, zwłaszcza fosfolipidów błon komórkowych i mieliny. U chorych na schizofrenię wartości MTR są obniżone najwyraźniej obrębie płatów skroniowych. ^{3, 4} Obrazowanie transferu magnetyzacji u chorych na schizofrenię dowiodło także spadku mielinizacji w ciele modzelowatym. ²

Badania funkcjonalne MR (fMRI)

Aktywacja neuronów wymaga miejscowego wzrostu ukrwienia i pobudzenia metabolizmu komórkowego. Obrazowanie w fMRI wykorzystuje miejscowowe nasilenie krążenia jako wskaźnik aktywności określonego obszaru mózgu.

Aktywność neuronalna nie jest więc mierzona bezpośrednio, ale pomiarowi podlega wzrost stężenia tlenu jako konsekwencja zmiany w krążeniu krwi w naczyniach włosowatych i małych żyłach, stąd określenie: efekt BOLD = Blood Oxygenation Level Dependent Imaging. Bardziej utlenowana krew żylna staje się mniej paramagnetyczna – różnica podatności magnetycznej wywołuje zaburzenie zgodności fazowej spinów, a wzrost intensywności sygnału w sekwencjach T2 odpowiada spadkowi stężenia dezoksyhemoglobiny.

Protokoły w badaniach fMRI wymagają naprzemiennych akwizycji w okresach aktywności i spoczynku, które są następnie porównywane i poddawane analizie statystycznej. fMRI jest metodą nieinwazyjną, może być powtarzany, nie wymaga podawania dożylnie środka kontrastującego.

Wysoka jest rozdzielczość przestrzenna obrazowania – około 1 mm i rozdzielczość czasowa – około jednej sekundy.

Metoda ta ma też swoje ograniczenia, a wynik zależy od wielu czynników. Niewątpliwy wpływ mają:

• gęstość i rozmiar badanego obszaru,
• topografia drobnych naczyń korowych,
• współczynnik dyfuzji wody,
• procesy metaboliczne,
• dystrybucja neurotransmiterów.

Do ograniczeń należą:

• konieczność współpracy z osobą badaną, co jest szczególnie trudne u osób z zaburzeniami psychicznymi,
• brak możliwości nadzoru nad wykonywaniem zadania,
• podatność na artefakty ruchowe (fot. 3).

U chorych z autyzmem, w depresji i w wahaniach nastroju stwierdzono zaburzenia w trakcie stymulacji zapamiętywania. ^{2, 5} Także u osób z niespecyficznymi chorobami przewodu pokarmowego (zespół jelita drażliwego, dyspepsja, zapalenie jelit) w badaniach fMRI stwierdzono wzmożoną aktywność struktur zawiadujących emocjami (kory przedczołowej, zakrętu obręczy, skorupy, wzgórza, wyspy oraz móżdżku). Sugeruje to u tych chorych niestabilność w sferze emocjonalno-dążeniowej i w sferze poznawczej (ograniczenie samokontroli emocjonalnej). ⁷

Protonowa spektroskopia RM (1H MRS)

W metodzie tej rejestruje się niewielkie zmiany częstotliwości rezonansowej protonów w jądrach atomów wodoru, które są wynikiem ich usytuowania w różnych związkach chemicznych. Rejestracja przesunięcia częstotliwości pozwala na oszacowanie zawartości niektórych substancji chemicznych w obrębie badanego obszaru. Stosuje się tu sekwencje z któtkim (poniżej 50 ms – sekwencja STEAM) i długim (sekwencja PRESS) czasem echa TE. Wynik badania przedstwiony jest w formie wykresu, na którym zobrazowane jest przesunięcie częstotliwości rezonansowej i szereg pików odpowiadających zawartości różnych substancji w próbce. Możliwe jest wykonanie badania techniką pojedynczego woksela próbkującego (SVS), szerzej wykorzystywanego w diagnostyce różnicowej zmian ogniskowych mózgu (guzy nowotworowe, ropnie, obszary niedokrwienne) i techniką wieloobjętościową (MVS, CSI – chemical shift imaging).

Ta technika pozwala ocenić poziom metabolitów w całej warstwie obrazowania MR, tworzenie map spektralnych i widm spektralnych w przylegających obszarach (fot. 4). Jest szerzej stosowana w diagnostyce rozlanych zmian w tkance mózgowej, choć jest trudniejsza do uzyskania z racji ilości koniecznych informacji. Przyjmuje się, że spektroskopia pozwala na określenie żywotności neuronów poprzez określenie poziomu glutaminy, poziomu stężenia neurotransmiterów (N-acetyloaspartan NAA), myoinositolu i GABA. Obiecującą techniką jest spektroskopia fosforowa pozwalająca określać stężenia w mózgu ATP, fosfokreatyny i fosfolipidów błon komórkowych. ⁵

Metoda okazała się przydatna w:

• identyfikacji zaburzeń metabolizmu w chorobie dwubiegunowej (zmiany w jądrach podstawy, wzgórzu, płatach czołowych), ⁵
• przypadkach anoreksji (stwierdza się obniżenie sygnału w paśmie związków lipidowych, myoinositolu, zwłaszcza w obszarach istoty białej, a także, choć w mniejszym stopniu, choliny),
• redukcja sygnału choliny sugeruje degenerację osłonek aksonów. ⁶

Badanie spektroskopowe może być pomocne w określaniu koncentracji leków psychotropowych w mózgowiu, np. litu, co z kolei może być kluczowe w określaniu optymalnego dawkowania. ⁵

Podsumowanie

Obecnie brak jest wyraźnych rekomendacji dotyczących zastosowania konkretnych protokołów diagnostyki obrazowej w procesie rozpoznawania i monitorowania przypadków zaburzeń psychicznych. MR jako technika nieinwazyjna, o wszechstronnych możliwościach, stanowi atrakcyjne narzędzie penetracji naukowej w tym obszarze. Można przypuszczać, że w wyniku doskonalenia aparatury i poprawy dostępu do metody, a zwłaszcza w wyniku gromadzenia obserwacji w dużych grupach chorych, już wkrótce pojawi się praktyczna użyteczność badań MR w psychiatrii.